基于脫硫系統(tǒng)超低改造后水平衡控制研究

李振生

摘 要：火電廠鍋爐提效改造和煙氣超低排放改造是降低煤炭用量，提升煙氣凈化水平的重要手段，也是響應(yīng)國家發(fā)改委號召，積極開展節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的必要條件。本文對某石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)超低改造前后進(jìn)行分析研究，找出水平衡控制的關(guān)鍵因素和解決思路。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；濕法脫硫系統(tǒng)；超低改造；水平衡控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.053

1 簡介

北方某電廠四臺1025t/h和兩臺2209t/h的亞臨界自然循環(huán)燃煤汽包爐，均采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝（以下簡稱FGD），兩級脫硫塔串聯(lián)運(yùn)行。每座脫硫塔配置三層或四層漿液循環(huán)單元，煙氣流經(jīng)脫硫塔時，煙氣中的二氧化硫與塔內(nèi)的石灰石漿液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，脫除煙氣中99%以上的二氧化硫，再經(jīng)過除霧器除去煙氣中的漿液霧滴后達(dá)標(biāo)排放。全廠脫硫系統(tǒng)的設(shè)計水耗為450噸/小時，石灰石粉消耗量為77噸/小時。

2 燃煤鍋爐脫硫系統(tǒng)超低改造方案

2.1 煙氣余熱回收利用

在燃煤鍋爐的發(fā)電過程中，鍋爐內(nèi)部經(jīng)過燃燒產(chǎn)生大量的熱量用于發(fā)電生產(chǎn)，但也有部分熱量直接排入大氣而浪費(fèi)，帶來環(huán)境問題和經(jīng)濟(jì)損失兩個方面的困擾。因此在進(jìn)行脫硫超低改造時，首先進(jìn)行了煙氣余熱的回收利用改造，通過在鍋爐干式電除塵入口煙道增加煙水換熱器的方式回收煙氣余熱，將鍋爐尾部的排煙溫度由約125℃降至95℃?；厥盏臒崃恳环矫嬗糜诩訜崮Y(jié)水，另一方面用于提升鍋爐燃燒用的空氣溫度和空氣預(yù)熱器前的煙氣溫度，從而消除因鍋爐脫硝氨逃逸帶來的硫酸氫銨導(dǎo)致空預(yù)器堵塞的問題。干式電除塵入口溫度降低還顯著提高了灰塵的荷電性能，從而提高了電除塵效果，降低煙塵的排放量。通過這樣的設(shè)計，鍋爐燃煤消耗量下降2克/千瓦時以上，按一個年發(fā)電規(guī)模120億度的大型發(fā)電廠計算，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤24萬噸。

2.2 脫硫輔機(jī)設(shè)計

為了保證鍋爐煙氣的達(dá)標(biāo)排放，取消煙氣換熱器（gas-gas heater）和實(shí)施引風(fēng)機(jī)增壓風(fēng)機(jī)合一改造是必然結(jié)果。取消GGH的理由是因?yàn)闊煔庑孤┞瘦^高（受熱面回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器泄露率通常在12%以上），脫硫前的煙氣泄漏到脫硫后的煙氣中，導(dǎo)致脫硫后的煙氣實(shí)際排放超出允許的水平。引增合一改造的目的是盡可能取消輔機(jī)設(shè)備，通過優(yōu)化提高了引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率，從而提高整體的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

為了實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫超低排放，采用的技術(shù)路線是增加吸收劑漿液循環(huán)單元的組數(shù)，這必然要增加相應(yīng)的設(shè)備和沖洗系統(tǒng)。根據(jù)測算，一臺300MW機(jī)組，實(shí)現(xiàn)脫硫超低排放后新增的轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻水和漿液的沖洗水量大約在35噸/小時以上，這些水最后將全部進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。

3 改造完成后的水平衡控制分析

脫硫系統(tǒng)用水平衡時，進(jìn)入系統(tǒng)的水量和排出系統(tǒng)的水量是相等的，這樣系統(tǒng)內(nèi)的脫硫塔等容器保持液位的相對穩(wěn)定。初始設(shè)計的邊界條件是鍋爐帶100% 的額定負(fù)荷，工藝過程的各項參數(shù)都滿足設(shè)計參數(shù)。實(shí)際上鍋爐的負(fù)荷是根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際功率的需求而不斷變化的，目前可以運(yùn)行的的范圍大約在35～100%之間。鍋爐負(fù)荷降低時其煙氣量會成比例下降，煙氣溫度下降使也會使吸收塔內(nèi)的蒸發(fā)量下降很多。根據(jù)研究，鍋爐增加煙氣冷卻器后，脫硫塔的蒸發(fā)量比沒有煙氣冷卻器的時候下降17%以上，全廠脫硫系統(tǒng)大約會結(jié)余76.5噸/小時的水量無法帶走，若機(jī)組負(fù)荷低于額定負(fù)荷時，這種情況更為顯著。對于一座直徑為17米的脫硫塔來說，76.5噸的水量相對于0.34米的容量。脫硫塔的液位是必須低于控制上限的，否則塔內(nèi)的漿液會倒流進(jìn)入煙道內(nèi)造成設(shè)備的損壞。在排出系統(tǒng)的水量沒有增加的情況下，系統(tǒng)內(nèi)的存水會越來越多，以致于到了無法維持正常液位的程度，引起漿液溢流污染環(huán)境和設(shè)備損壞的事件。

各項因素對脫硫水平衡的影響數(shù)據(jù)如下表：

4 改造完成后的水平衡控制手段

4.1 吸收劑制漿用水優(yōu)化

對于干粉制漿的脫硫系統(tǒng)來說，一般在容器內(nèi)將石灰石粉加水配置成約30%左右濃度的石灰石漿液，然后再泵入脫硫塔吸收二氧化硫。為了保證石灰石漿液的流動性，一般要求濃度不能過高，否則會導(dǎo)致泵或者管道堵塞，但是濃度低需要消耗更多的水，這與用水平衡控制的思路是相反的。根據(jù)計算， 77噸干粉配置成30%濃度的漿液需要加水179.7噸；若配置成40%濃度的漿液則需要加水115.5噸，比30%濃度的漿液減少耗水64.2噸。如果濃度達(dá)到45%，則只需要94噸水，與30%濃度的漿液相比減少水量85.7噸。

一般石灰石漿液濃度允許的上限為45%，維持上限運(yùn)行是控制水消耗的關(guān)鍵手段。如果將所有的制漿用水改成脫硫系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的石膏濾液，那將減少凈水耗179噸，脫硫水平衡控制就完全不是問題了。

4.2 系統(tǒng)沖洗和設(shè)備冷卻用水優(yōu)化

不論是石灰石漿液還是石膏漿液，濃度都比較高。在設(shè)備和系統(tǒng)停止運(yùn)行時進(jìn)行必要的沖洗，保持內(nèi)部的潔凈是下次投運(yùn)的必要條件，否則漿液蒸發(fā)變干后沉積物結(jié)垢將很難清除，造成系統(tǒng)無法正常使用。

必要的系統(tǒng)沖洗和冷卻水量是根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的維持系統(tǒng)安全運(yùn)行的最小耗水量，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整可以減少以上兩項用水45噸/小時以上，這對于維持系統(tǒng)的水平衡也是十分關(guān)鍵的。

4.3 水平衡優(yōu)化控制結(jié)果

即使采取了較多的手段，仍然有149.1-130.7=18.4噸/小時的水量進(jìn)入系統(tǒng)破壞原有的平衡，因此控制系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運(yùn)行難度頗大。

5 結(jié)論

綜上所述，火電廠在進(jìn)行了脫硫超低排放改造后，燃煤和水的消耗減少，煙氣排放更潔凈。但因?yàn)樵黾恿嗽O(shè)備和回收了煙氣余熱，在低負(fù)荷條件下的脫硫水平衡控制問題十分突出，仍然需要通過制漿水源改造或沖洗水完全回收等方案徹底解決問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]李興華，牛擁軍，雷鳴等.火電機(jī)組脫硫系統(tǒng)超低排放改造節(jié)能優(yōu)化[J/OL].熱力發(fā)電，2017（11）：119-123.endprint